(57)【要約】 【課題】地絶縁性能、含浸樹脂の保持性を維持しながら半導電性機能を確保する回転電機の固定子コイルを提供する。【解決手段】実施形態によれば、回転電機の固定子コイルは、導体と、第１のテープと、第２のテープと、シートとを備える。前記導体は、絶縁被覆が施されている。前記第１のテープは、前記導体の外周に巻き回され、絶縁性を備える。前記第２のテープは、前記第１のテープの外周に巻き回され、含浸樹脂の保持性を備える。前記シートは、前記第２のテープの外周を覆い、半導電性を備える。前記固定子コイルは、固定子鉄心のスロットに挿入された後に前記固定子鉄心と共に含浸樹脂中に浸漬して硬化される。【選択図】図１
2013198183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
含浸樹脂により硬化される固定子鉄心と回転電機の固定子コイルにおいて、
絶縁被覆の施された導体と、
前記導体の外周に位置し、絶縁性を備える第１のテープと、
前記第１のテープの外周に位置し、含浸樹脂の保持性を備える前記第２のテープと、
前記第２のテープの外周に位置し、半導電性を備えるシートと、
を備える回転電機の固定子コイル。
【請求項２】
前記半導電シートは、前記固定子鉄心の端部から伸び出るように設けられている、請求項１に記載の固定子コイル。
【請求項３】
前記固定子鉄心の端部からコイルエンドにかけて最外周に巻き回された半導電テープを備える、請求項１または請求項２に記載の固定子コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転電機の固定子コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
低圧、中圧回転電機では、固定子鉄心のスロット内に挿入する固定子コイルの最外周と鉄心スロットとの間に絶縁シート（スロットライナ）が挿入されている。絶縁シートは、固定子コイルの最外周を１周するように覆う。絶縁シートは、製造工程を簡略化し、対地絶縁性能、固定子コイルの導体の周りに形成された絶縁層（例えば集成マイカテープで形成）である主絶縁への含浸樹脂の保持性（その結果として固定子コイルの含浸性）を向上させる。ここで保持性とは、固定子コイルと含浸樹脂が密着している状態のことをいう。ここで含浸性とは、固定子コイルに対する含浸のさせやすさをいう。
【０００３】
一方、高圧回転電機では、対地絶縁と固定子鉄心間に高電圧（一例として３０００Ｖ）が印加されるために高圧回転電機の表面上に表面コロナ放電が生じる。そこで高圧回転電機では、表面コロナ放電による急激な電界変化を緩和するために、固定子コイルの最外周と固定子鉄心のスロットの間に、半導電層が配置されている必要がある。そのため、固定子コイルの最外周には、半導電層を構成するための半導電テープが巻き回されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第９９／３１７８２号
【特許文献２】特開２００７−２８２４１０号公報
【特許文献３】特開平９−１８２３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導電テープが巻き回された固定子コイルは、樹脂含浸時において、固定子コイルの主絶縁への含浸樹脂の保持性が低下する。そのため、固定子コイルは、含浸不良を起こす可能性がある。その結果、回転電機の対地絶縁性能は低下し、ひいては、固定子コイルの強度低下が懸念される。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、対地絶縁性能、含浸樹脂の保持性を維持しながら半導電性機能を確保する回転電機の固定子コイルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、回転電機の固定子コイルは、導体と、第１のテープと、第２のテープと、シートとを備える。前記導体は、絶縁被覆が施されている。前記第１のテープは、前記導体の外周に巻き回され、絶縁性を備える。前記第２のテープは、前記第１のテープの外周に巻き回され、含浸樹脂の保持性を備える。前記シートは、前記第２のテープの外周を覆い、半導電性を備える。前記固定子コイルは、固定子鉄心のスロットに挿入された後に前記固定子鉄心と共に含浸樹脂中に浸漬して硬化される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る回転電機の縦断面図。
【図２】第１の実施形態に係る固定子スロットの内部構造を示す断面図。
【図３】第２の実施形態に係る回転電機の縦断面図。
【図４】第２の実施形態に係る固定子コイルの電界強度及び電位を示す図。
【図５】第３の実施形態に係る回転電機の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態に係る回転電機の固定子コイルについて図面を参照して説明する。  
（第１の実施形態）  
第１の実施形態について図面を参照し、詳細に説明する。図１は、第１の実施形態に係る回転電機１の縦断面図である。なお、図１は、回転電機１の回転中心から径方向の上部までの概略を示している。回転電機１は、高電圧が印加される高圧回転電機である。
【００１０】
回転電機１は、固定子１０、回転子２０を備える。固定子１０は、固定子鉄心１０１、固定子コイル１０２を備える。回転子２０は、回転子鉄心２０１、シャフト２０２を備える。
【００１１】
固定子鉄心１０１は、磁性材、例えば、珪素鋼板からなる環状の金属板を多数枚積層して構成されている。固定子鉄心１０１は、回転子鉄心２０１と同軸的に配置された略円筒状である。固定子鉄心１０１は、軸方向の幅が回転子鉄心２０１と略同じ幅で構成されている。固定子鉄心１０１の内周部には、それぞれ軸方向に延びた複数のスロット１０１１（図２で図示）が形成されている。これらのスロット１０１１には、固定子コイル１０２が埋め込まれて（収納されて）いる。
【００１２】
固定子コイル１０２は、回転子２０に対する回転磁界を発生させるためのコイルである。固定子コイル１０２は、コイルエンドが固定子鉄心３０１の軸方向の両端部（両端面）から両方向に張り出している。
【００１３】
回転子鉄心２０１は、磁性材、例えば、珪素鋼板からなる環状の金属板を多数枚積層して構成されている。回転子鉄心２０１は、略円筒状である。回転子鉄心２０１は、その外周面側に微小のエアギャップ（空隙）を介して、固定子鉄心１０１と対向するように配置されている。
【００１４】
シャフト２０２は、回転子鉄心２０１の中心に配置されている。シャフト２０２の両端部は、図示しないコロ軸や玉軸などを備える軸受によって回転自在に支持されている。
【００１５】
上記構成の回転電機１では、固定子コイル１０２は、電流が流れることによって回転磁界を発生する。回転子２０は、発生した回転磁界によって吸引され、シャフト２０２を中心に回転する。
【００１６】
次に、第１の実施形態に係る固定子コイル１０２の構成について説明する。図２は、第１の実施形態に係るスロット１０１１の内部構造（固定子コイル１０２）を示す断面図である。固定子コイル１０２は、導体１０２１、絶縁テープ（対地絶縁層）１０２２、外周テープ１０２３、半導電シート（スロットライナ）１０２４を備える。
【００１７】
導体１０２１は、導電性の素線を束ねて成形されている。導体１０２１は、束ねられた素線に絶縁被覆が施されている。  
絶縁テープ１０２２は、対地絶縁性を備える絶縁材料で構成されている。絶縁テープ１０２２は、例えば集成マイカテープである。絶縁テープ１０２２は、導体１０２１の外周に巻き回されている。したがって、固定子コイル１０２は、絶縁テープ１０２２により、対地絶縁処理が施される。絶縁テープ１０２２は、固定子コイル１０２の主絶縁を構成する。
【００１８】
外周テープ１０２３は、含浸樹脂の保持性を備える（含浸樹脂を保持しやすい）材料で構成されている。外周テープ１０２３は、例えばガラステープである。外周テープ１０２４は、絶縁テープ１０２２のさらに外周に巻き回されている。したがって、固定子コイル１０２は、外周テープ１０２３により、含浸樹脂の保持性（その結果として主絶縁への含浸性）、強度が向上する。
【００１９】
半導電シート１０２４は、半導電性を備える材料で構成されている。半導電シート１０２４は、例えば、いずれかの片面もしくは両面に半導電塗料を塗布して構成されている。半導電シート１０２４は、径方向に２段に折り曲げられた導体１０２１に巻き回された外周テープ１０２３のさらに外周を覆う。つまり、半導電シート１０２４は、スロット１０１１内において、絶縁テープ１０２２、外周テープ１０２３が巻き回された導体１０２１と固定子鉄心１０１の間に位置（挿入）する。なお、半導電シート１０２４は、外周テープ１０２３に接着されることなく、覆うのみである。半導電シート１０２４は、固定子コイル１０２をスロット１１１に収納した際に、固定子鉄心３０１の軸方向の両端部からはみ出さない大きさ（固定子鉄心３０１の軸方向の幅と略同じ幅）である。固定子コイル１０２は、半導電シート１０２４により、表面コロナ放電による急激な電界変化が緩和される。さらに、固定子コイル１０２は、半導電シート１０２４により、スロット１０１１に挿入し易くする。
【００２０】
半導電シート１０２４で最外周面を覆われた固定子コイル１０２は、スロット１０１１の開放側をくさび１０１２で封をすることで、スロット１０１１内に収納される。固定子コイル１０２は、固定子鉄心１０１のスロット１０１１に挿入された後、固定子鉄心１０１と共に含浸樹脂中に浸漬して硬化される。これにより、固定子コイル１０２は、固定子鉄心と一体となる。
【００２１】
第１の実施形態に係る固定子コイル１０２は、半導電シート１０２４により、固定子コイル１０２の半導電性能を確保しながら、製造工程を簡略化し、対地絶縁性能、固定子コイル１０２の主絶縁への含浸樹脂の保持性（その結果として固定子コイル１０２の含浸性）を向上させることができる。その結果、第１の実施形態に係る固定子コイル１０２の強度も向上する。
【００２２】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の回転電機の固定子コイルによれば、半導電シート１０２４を備えることにより、対地絶縁性能、含浸樹脂の保持性を維持しながら半導電性機能を確保することが可能となる。
【００２３】
（第２の実施形態）  
第２の実施形態について図面を参照し、詳細に説明する。なお、第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同符号を付して説明を省略する。図３は、第２の実施形態に係る回転電機１の縦断面図である。なお、図３は、回転電機１の回転中心から径方向の上部までの概略を示している。第２の実施形態では、第１の実施形態と異なり、半導電シート１０２４の代わりに半導電シート１０２４ａが設けられている。半導電シート１０２４ａは、後述する大きさ以外（例えば材質、特性）については第１の実施形態で説明した半導電シート１０２４と同様である。
【００２４】
半導電シート１０２４ａは、固定子コイル１０２をスロット１１１に収納した際に、固定子鉄心１０１の軸方向の両端部から長さＸだけ伸び出る（はみ出す）大きさ（つまり、固定子鉄心３０１の軸方向の幅よりも大きい幅）で構成されている。つまり、半導電シート１０２４ａは、固定子鉄心１０１の両端部からコイルエンド側に伸び出るように固定子コイル１０２に設けられている。
【００２５】
半導電シート１０２４ａは、例えば、固定子鉄心１０１の軸方向の両端部から１０ｍｍ程度伸び出るように固定子コイル１０２に設けられている。なお、固定子鉄心１０１の軸方向の両端部から伸び出る半導電シート１０２４ａの長さは、一例であり、限定されるものではない。なお、半導電シート１０２４ａは、固定子鉄心１０１の軸方向の一方の端部から伸び出るように固定子コイル１０２に設けられていてもよい。
【００２６】
次に、第２の実施形態に係る固定子コイル１０２の電界強度、電位について説明する。図４は、電界強度、電位のグラフ及び、固定子鉄心１０１の軸方向の端部近傍を拡大して示す固定子コイル１０２の断面図を示す。なお、図４（ｄ）に示すように、矢印Ａが界面方向、矢印Ｂが貫通方向である。界面方向は、絶縁表面（固定コイル１０２に巻き回された絶縁テープ１０２２の表面）に沿い、固定子鉄心１０１内から外に向う方向である。貫通方向は、界面方向と直交し、固定子コイル１０２内から外に向う方向である。なお、図４に示す貫通方向の矢印Ａ、界面方向の矢印Ｂは、電界（距離／電気量）の方向も表している。
【００２７】
図４（ａ）は、横軸が固定子コイル１０２における位置、縦軸が貫通方向の電界強度を示すグラフである。図４（ｂ）は、横軸が固定子コイル１０２における位置、縦軸が絶縁表面の界面方向の電界強度を示すグラフである。図４（ｃ）は、横軸が固定子コイル１０２における位置、縦軸が絶縁表面電位を示すグラフである。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のグラフの実線は、第２の実施形態に係る固定子コイル１０２（つまり、固定子鉄心１０１の端部からコイルエンド側に所定長Ｘだけ固定子コイル１０２の最外周が半導電シート１０２４ａで覆われている）の特性を示す。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のグラフの破線は、比較例として、第１の実施形態に係る固定子コイル１０２（つまり、固定子鉄心１０１の端部からコイルエンド側にかけて固定子コイル１０２の最外周が絶縁テープ１０２２で巻き回されている）の特性を示す。なお、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の横軸は、図４（ｄ）に図示している固定子コイル１０２における位置に対応している。なお、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各グラフは、径方向に２段に重ねられた固定子コイル１０２の１本分に該当する。
【００２８】
図４（ａ）によれば、第２の実施形態に係る固定子コイル１０２では、貫通方向の電界強度は、回転子鉄心１０１の端部から半導電シート１０２４ａの端部にかけて緩やかに変化する。つまり、貫通方向の電界強度の変化率が小さい。一方、比較例の固定子コイル１０２では、貫通方向の電界強度は、回転子鉄心１０１の端部から半導電シート１０２４が伸び出ていないため、急激に変化する。つまり、貫通方向の電界強度の変化率が大きい。
【００２９】
図４（ｂ）によれば、第２の実施形態に係る固定子コイル１０２では、界面方向の電界強度は、回転子鉄心１０１外かつ回転子鉄心１０１の端部近傍であっても大きく上昇しない。つまり、界面方向の電界強度の変化率が小さい。一方、比較例の固定子コイル１０２では、界面方向の電界強度は、回転子鉄心１０１外かつ回転子鉄心１０１の端部近傍で、第２の実施形態よりも急激に上昇する。つまり、界面方向の電界強度の変化率が大きい。
【００３０】
図４（ｃ）によれば、第２の実施形態に係る固定子コイル１０２では、絶縁表面電位は、回転子鉄心１０１の端部から半導電シート１０２４ａの端部にかけて緩やかに変化する。つまり、絶縁表面電位の変化率が小さい。一方、比較例の固定子コイル１０２では、絶縁表面電位は、回転子鉄心１０１の端部から半導電シート１０２４が伸び出ていないため、急激に変化する。つまり、絶縁表面電位の変化率が大きい。
【００３１】
図４に示す特性を参照すると、第２の実施形態に係る固定子コイル１０２は、第１の実施形態の効果に加えて、以下に示す効果を奏する。第２の実施形態に係る固定子コイル１０２は、固定子鉄心１０２の端部から伸び出すように構成された半導電シート１０２４ａが設けられているため、固定子鉄心１０１の端部とコイルエンドとの間の固定子コイル１０２における電界強度及び電位の急激な変化を緩和できる。その結果、第２の実施形態に係る固定子コイル１０２は、絶縁テープ１０２２の劣化を防止できる。
【００３２】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の回転電機の固定子コイルによれば、半導電シート１０２４を備えることにより、対地絶縁性能、含浸樹脂の保持性を維持しながら半導電性機能を確保することが可能となる。
【００３３】
さらに本実施形態によれば、半導電シート１０２４が固定子鉄心１０１の端部から伸び出ているため、固定子鉄心１０１の端部とコイルエンドとの間の固定子コイル１０２における電界強度及び電位の急激な変化を緩和し、絶縁テープ１０２２の劣化を防止することが可能となる。
【００３４】
（第３の実施形態）  
第３の実施形態について図面を参照し、詳細に説明する。なお、第１の実施形態または第２の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同符号を付して説明を省略する。図５は、第３の実施形態に係る回転電機１の縦断面図である。図５は、固定子鉄心１０１の軸方向の端部近傍を拡大して示している。第３の実施形態では、固定子コイル１０２は、半導電テープ１０２５を備える。
【００３５】
半導電テープ１０２５は、半導電性を備える。半導電テープ１０２５は、固定子コイル１０２のうち固定子鉄心１０１の外側に出た部分に巻き回され（巻き足され）ている。具体的には、半導電テープ１０２５は、固定子鉄心１０１の端部から所定長だけコイルエンドにかけて固定子コイル１０２の最外周（最外層）に巻き回されている。
【００３６】
第３の実施形態は、第１の実施形態及び第２の実施形態のいずれにも適用できる。第１の実施形態に適用する場合、半導電テープ１０２５は、対地絶縁処理テープ１０２２の外周に巻き回される。第２の実施形態に適用する場合、半導電テープ１０２５は、半導電シート１０２４の外周に巻き回される。なお、半導電テープ１０２５は、固定子鉄心１０１の軸方向の両方の端部側に設けられても、１方の端部側に設けられていてもよい。
【００３７】
第３の実施形態に係る固定子コイル１０２は、第１の実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第３の実施形態に係る固定子コイル１０２は、半導電テープ１０２５により、第２の実施形態よりも固定子鉄心１０１の端部とコイルエンドとの間の固定子コイル１０２における電界強度及び電位の急激な変化を緩和できる。その結果、第３の実施形態に係る固定子コイル１０２は、絶縁テープ１０２２の劣化を防止できる。
【００３８】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の回転電機の固定子コイルによれば、半導電シート１０２４を備えることにより、対地絶縁性能、含浸樹脂の保持性を維持しながら半導電性機能を確保することが可能となる。
【００３９】
さらに本実施形態によれば、固定子鉄心１０１の端部からコイルエンドにかけて所定長だけ半導電テープ１０２５が固定子コイル１０２に巻き回されているため、固定子鉄心１０１の端部とコイルエンドとの間の固定子コイル１０２における電界強度及び電位の急激な変化を緩和し、絶縁テープ１０２２の劣化を防止することが可能となる。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１…回転電機、
１０…固定子、
２０…回転子、
１０１・・・固定子鉄心、
１０２・・・固定子コイル、
１０１１・・・スロット、
１０１２・・・くさび、
２０１・・・回転子鉄心、
２０２・・・シャフト、
１０２１・・・導体
１０２２・・・対地絶縁処理テープ
１０２３・・・外周テープ
１０２４・・・半導電シート
１０２４ａ・・・半導電シート
１０２５・・・半導電テープ。
【図１】
2013198183.tif 000003
【図２】
2013198183.tif 000004
【図３】
2013198183.tif 000005
【図４】
2013198183.tif 000006
【図５】
2013198183.tif 000007